变压器继电保护设计

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1、摘要电能与国民经济各部门和人民生活关系密切。现代工业、农业、交通运输业以及居 民生活等都广泛的利用电作为动力、热量、照明等能源。供电的中断或不足，不仅将直 接影响生产，造成人民生活紊乱，在某些情况下，甚至会造成极其严重的社会性灾难。 改革开放以来，我国经济的快速发展刺激电网的快速发展，尤其是近几年我国各个地区 出现的缺电现象直接促进了大规模机组的投产和电网建设进程的急剧加快。同时随着现 代社会对电网供电可靠性的要求的不断提高，就需要我们继电保护装置发挥更重要的作 用，针对系统出现的故障能及时切除，确保电网的安全、稳定、经济的运行。 变压器是配电系统的核心，对它的继电保护也就成为重中之重。电力变

2、压器是电力 系统中十分重要的供电元件,为了供电的可靠性和系统正常运行,就必须视其容量的大小、 电压的高低和重要程度,设置相应的继电保护装置。变压器的内部故障可以分油箱内部和 油箱外部故障两种。油箱内部的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁 芯的绕损等。外部故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。变压器发生故障， 必将对电网和变压器带来危害，特别是发生内部故障时，短路电流产生的高温电弧不仅 烧坏绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，导致变压器 外壳局部变形、甚至引起爆炸。因此变压器发生故障时，必须将其从电力系统中切除。 变压器不正常的运行状态包括：外部相

3、间短路、接地短路引起的相间过电流和零序 过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、 过励磁等。 根据变压器型号及运行条件选用合适的继电保护措施，并对保护装置进行合理的整 定，变压器就能安全的运行。关键字：继电保护 变压器 电力系统故障大学课程设计（论文）11.系统分析1.1 变压器故障的类型（1）绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路 （2）绕组的匝间短路 （3）外部相间短路引起的过电流 （4）中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压 （5）过负荷 （6）过励磁 （7）油面降低 （8）变压器温度及油箱压力升高和冷却水系统

4、故障1.2 变压器的保护1.气体保护 对于 0.8MVA 及以上油浸式变压器和 0.4MVA 及以上车间油浸式变压器，均应装设瓦 斯保护。当壳内故障产生轻瓦斯或油面下降，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时， 应动作于断开变压器各侧断路器。 带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。 2.纵联差动保护或电流速断保护 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相应的保护作为主 保护，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。 对于 6.3MVA 以下的厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及 10MVA 以下厂用备用 变压器和单独运行的变压器，当后背保护时限大于 0.5s 时，

5、应装设电流速断保护。 对于 6.3MVA 以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA 以上厂用备用变压 器和单独运行的变压器，以及 2MVA 及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器， 应装设纵联差动保护。对于高压侧电压为 330kv 及以上的变压器，可装设双重差动保护。3.过电流保护 对于外部相间短路引起的变压器过电流，应按下列规定，装设相应的保护作为后备 保护，保护动作后，应带时限动作于跳闸。 （1）过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值，应考虑事故时可能出现的过负荷。 （2）复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不 符合灵敏性要求的降压变压器

6、。 （3）负序电流和单相式低电压起动的过电流保护，可用于 63MVA 及以上升压变压器。 （4）当复合电压起动的过电流保护或负序电流和单相式 低电压起动的过电流保护不能满座灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。 4.零序电流保护 110KV 及以上中性点直接接地的电网中，如变压器中性点直接接地运行，对外部单相 接地引起的过电流，应装设零序电流保护。 5.过负荷保护 0.4MVA 及以上变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他负荷的电源时，应 根据可能过负荷的情况，装设过电流保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反 应公共绕组及各侧过负荷的情况。升压变压器继电保护2过负荷保护采用单相式，

7、带时限动作于信号。 6.过励磁保护 高压侧电压 500KV 的变压器，对频率降低和电压升高引起的变压器工作磁密过高， 应装设过励磁保护。保护由两段组成，低定值段动作于信号，高定值段动作于跳闸。1.3 元件参数计算图 1-1 等值电路图设，以平均电压进行系统的标幺值计算：MVASj320avnUU发电机：123200.1220.12221.4125/0.9jNSXXS电抗器：72. 33 . 66 . 03320608. 03100%22*10NjLNLNL USIUXX变压器：91. 05 .311003209 100%*3*4NjK SSUXX6 . 381003209 100%*7*8Nj

8、K SSUXX线路： 26. 263320704 . 0/225*6*5Nj lnUSXZXXX03. 93 . 6 3208 . 24 . 0/229*9Nj lnUSXZXX1132029.3336.3jjjKASIU223202.933363jjjKASIU3332029.3336.3jjjKASIU大学课程设计（论文）32.系统故障保护分析2.1 变压器瓦斯保护当变压器油箱内发生各种短路故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，变压器 油和绝缘材料受热分解，产生大量气体，从油箱流向油枕上部，故障愈严重，产生气体 越多，流向油枕的气流和油流速度也越快，利用这种气体来实现的保护称气体保护。

9、在变压器油箱内常见的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕组对 地绝缘破坏造成的单相接地。变压器油是良好的绝缘和冷却介质，在油箱里充满油，油 面打到油枕的中部，因此油箱里发生任何类型的故障或不正常状态都会引起箱内油状态 的变化。发生相间短路或单相接地故障时，故障点由短路电流或接地电容电流造成的电 弧温度很高，使附近的变压器油及其他绝缘材料受热分解产生大量气体，从油箱流向油 枕上部。发生绕组的匝间或层间短路时，局部温度升高也会使油的体积膨胀，排出溶解 在油内的空气，形成上升的气；箱内发生严重渗漏时，油面会不断下降。 气体继电器具有反映油箱内油、气和运行状态的功能，用它构成的瓦斯保护，能

10、够 反映轻微故障在内的油箱内的各种故障和不正常工作状态，因此瓦斯保护是变压器的主 保护之一，被广泛用于油浸式变压器上。图 2-1 变压器瓦斯保护原理图变压器瓦斯保护的原理接线如图所示，气体继电器 KG 的上触点为轻气体触点，由开 口杯控制，闭合后发延时动作信号。KG 的下触点为重气体触点，由挡板控制，动作后经 信号继电器 KS 启动出口继电器 KCO，使变压器各侧断路器跳闸。为防止变压器油箱里发 生严重故障时油速不稳定，造成重瓦斯接点时断时通而不能可靠跳闸，KCO 采用带自保持 电流线圈的中间继电器。为防止瓦斯保护在换油或气体继电器试验时误动作，出口回路 设有切换片 XB，将 XB 倒向电阻

11、R1 侧，可使重瓦斯保护改为只发信号。气体继电器动作 后，在继电器上部的排气口收集气体，检查气体的化学成分和可燃性，从而判断故障的 性质。 瓦斯保护的主要优点是：灵敏度高、动作迅速、简单经济。当变压器内部发生严重 漏油或匝数很少的匝间短路时，往往纵联差动保护与其他保护不能反应，而瓦斯保护却 能反应。但是瓦斯保护却只能反应变压器油箱内的故障，不能反应油箱外套管与断路器 间引出线上的故障，因此它不能作为变压器惟一的主保护。2.2 变压器电流速断保护当过电流保护的动作时限大于 0.5 秒时，可在电源侧装设电流速断保护，它与瓦斯保护 相配合，以反映变压器绕组及电源侧的引出线套管上的各种故障，电流速断保

12、护的单相升压变压器继电保护4原理接线如图所示：图 2-2 变压器电流速断保护单相原理接线图2.2.1 保护动作电流的整定（1）按大于变压器负荷侧母线上短路时流过保护安装处的最大短路电流整定：maxkrelsetIKI可靠系数，对电磁型电流继电器取 1.3-1.4；relK最大运行方式下，变压器低压侧母线发生短路故障时，流过保护安装处的最大短maxkI路电流。对于升压变压器、，二者的型号相同可以采用相同的继电器类型：1T2T图 2-3 化简等值的电路图310 11 3410410 12 341043 13 341014111212130.91 3.720.610.91 0.91 3.720.91

13、 3.720.610.91 0.91 3.720.91 0.910.150.91*23.72(1.41 0.61()/()XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX )0.151.16(1.41 0.61)86. 01*14XI大学课程设计（论文）5KAIIIjk405. 266/3 . 61maxAIKIkrelset271824053 . 1max（2）按躲过变压器空载时的励磁涌流整定：对于升压变压器：、1T2TAUSIINN Nset1909665 .31434)53(综上计算：对于升压变压器、：1T2TAIset2718(3) 灵敏度校验： 保护的灵敏度，要求在保护安装处发生两相

14、金属性短路进行校验，即2)2( min.setk senIIK最小运行方式下，保护安装处两相短路时的最小短路电流)2( min. kI对于升压变压器、：1T2TAZUINN k1045 )3206691. 03206641. 1 (266000 222)2( min. 227181045)2( min.setk senIIK因此，改与线路瞬时电流速断保护相配合2.3 变压器的差动保护2.3.1 变压器纵联差动保护的基本原理 变压器的纵联差动保护用来保护反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是 变压器的主保护。 纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。为了实现

15、 这种比较，在变压器两侧各装设一组电流互感器、，其二次侧按环流法连接，即1TA2TA 若变压器两端的电流互感器一次侧的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将它们二次侧 的同名端子相连，再将差动继电器的线圈并联接入，构成纵联差动保护，保护范围为两 侧电流互感器、之间的全部区域，包括变压器高、低压绕组、套管及其引出线等。1TA2TA 原理图如图 2-4 所示：升压变压器继电保护6图 2-4 变压器纵联差动保护单相原理图据图可见，正常和外部线路短路时，流过差动继电器的电流，在理想的22.IIIr情况下，其值等于零；但实际上由于电流互感器的变比、特性等因素的影响，流过继电器的电流为不平衡电流。当变压器发生内部故障时，流过差动继电器的电流为unbI，即为短路点的短路电流，当该电流大于 KD 的动作电流时，KD 动作。22.IIIr由于变压器各侧的额定电压、额定电流不同，因此为了保证其纵联差动保护的正确动作， 必须适当地选择电流互感器的变比，使得正常运行和外部短路 时，差动回路里没有电流。2.1.2.2.TATAnI nIII 高压侧电流互感器的变比；1TAn低压侧电流互感器的变比2TAn2.3.2 变压器纵联差动保护的特点 变压器纵联差动保护最明显的特点是产生不平衡电流的因素很多。 不平衡电流及消除方法： （一）两侧电流互感器型号不同而产生不平衡电流一是：应